(57)【要約】  シリコンからなる被処理体に対して、所望とするアスペクト比および形状のトレンチやビアホールを形成することのできるエッチング方法を提供する。  真空チャンバ１内にハロゲン化水素含有ガスを導入してシリコン基板９をエッチングするハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程と、真空チャンバ１内にフッ素含有ガスを導入してシリコン基板９をエッチングするフッ素含有ガス使用エッチング工程と、固体材料１５をスパッタして、シリコン基板９の上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、基板電極８に高周波バイアス電力を印加して、保護膜の一部を除去する保護膜除去工程とを有し、フッ素含有ガス使用エッチング工程、保護膜形成工程および保護膜除去工程をこの順に繰り返して行う。
2011018900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内でプラズマを発生させて、該処理室内に設置された基板電極上のシリコンからなる被処理体をエッチングする方法であって、
前記処理室内にハロゲン化水素含有ガスを導入して前記被処理体をエッチングするハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程と、
前記処理室内にフッ素含有ガスを導入して前記被処理体をエッチングするフッ素含有ガス使用エッチング工程と、
前記被処理体に対向して設置された固体材料をスパッタして、前記被処理体の上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記基板電極に高周波バイアス電力を印加して、前記保護膜の一部を除去する保護膜除去工程とを有し、
前記フッ素含有ガス使用エッチング工程、前記保護膜形成工程および前記保護膜除去工程をこの順に繰り返して行うことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程を最初に行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程の後に、前記フッ素含有ガス使用エッチング工程、前記保護膜形成工程および前記保護膜除去工程をこの順に繰り返して行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記フッ素含有ガス使用エッチング工程、前記保護膜形成工程および前記保護膜除去工程をこの順に繰り返して行ってから、前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程と、前記フッ素含有ガス使用エッチング工程、前記保護膜形成工程および前記保護膜除去工程をこの順に繰り返して行う工程とを交互に行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項６】
処理室内でプラズマを発生させて、該処理室内に設置された基板電極上のシリコンからなる被処理体をエッチングする方法であって、
前記処理室内にハロゲン化水素含有ガスを導入して前記被処理体をエッチングするハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程と、
前記被処理体に対向して設置された固体材料をスパッタして、前記被処理体の上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記処理室内にフッ素含有ガスを導入するとともに前記基板電極に高周波バイアス電力を印加して、前記保護膜の一部を除去しつつ前記被処理体をエッチングするフッ素含有ガス使用エッチング工程とを有し、
前記保護膜形成工程と前記フッ素含有ガス使用エッチング工程をこの順に繰り返して行うことを特徴とするエッチング方法。
【請求項７】
前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程を最初に行うことを特徴とする請求項６に記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程の後に、前記保護膜形成工程と前記フッ素含有ガス使用エッチング工程をこの順に繰り返して行うことを特徴とする請求項６に記載のエッチング方法。
【請求項９】
前記保護膜形成工程と前記フッ素含有ガス使用エッチング工程をこの順に繰り返して行ってから、前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程を行うことを特徴とする請求項６に記載のエッチング方法。
【請求項１０】
前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程と、前記保護膜形成工程と前記フッ素含有ガス使用エッチング工程をこの順に繰り返して行う工程とを交互に行うことを特徴とする請求項６に記載のエッチング方法。
【請求項１１】
前記ハロゲン化水素含有ガスはフッ素を含んでいることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１２】
前記ハロゲン化水素は、ヨウ化水素、塩化水素および臭化水素よりなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１３】
前記フッ素含有ガスは、六フッ化硫黄ガス、三フッ化窒素ガス、フッ素ガス、四フッ化ケイ素ガス、二フッ化キセノンガス、フッ化ヨウ素ガスおよびヨウ化フロロカーボンガスよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含んでいることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１４】
前記固体材料は、フッ素樹脂、ケイ素、炭素、炭化ケイ素、酸化ケイ素および窒化ケイ素よりなる群から選ばれる材料を用いて構成されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング方法に関し、より詳しくは、シリコンからなる被処理体のエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴って、個々の素子の寸法は微小化が進んでいる。このため、素子分離やメモリセル容量面積の確保を目的としてシリコン基板に形成されるトレンチ（溝）やビアホール（孔）には、高いアスペクト比（トレンチ（またはビアホール）の深さ／トレンチ（またはビアホール）の径）が要求される。【０００３】
トレンチやビアホールをシリコン基板に形成する方法としては、従来より、フッ素含有ガスをプラズマ化して生じたフッ素ラジカルによって、シリコン基板をエッチングする方法がある。この場合、フッ素ラジカルとシリコンの反応は自発的に進むので、室温でのエッチングは等方的となる。そこで、シリコン基板をエッチングしてトレンチやビアホールの一部を形成した後に、これらの側壁に保護膜を形成し、さらにエッチングを行う方法が採られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００６／００３９６２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の方法では、保護膜を形成することによって、側壁がエッチングされるのを抑制している。しかしながら、エッチング工程と保護膜形成工程を繰り返しながらトレンチやビアホールを形成して行くために、これらの側壁に凹凸が生じるといった問題があった。また、シリコン基板のエッチングは、所定形状のマスクをシリコン基板の上に形成した後、マスクから露出している部分に対して行われる。ここで、マスク直下の部分は、フッ素ラジカルが回り込みやすく、保護膜がダメージを受けやすい。このため、深さ方向へのエッチングが進行するにしたがって側壁もエッチングされてしまい、所望の形状のトレンチやビアホールが得られなくなるという問題もあった。【０００６】
上記のような問題は、アスペクト比の高いトレンチやビアホールを形成しようとする場合に顕著となる。そこで、本発明は、シリコンからなる被処理体に対して、所望とするアスペクト比および形状のトレンチやビアホールを形成することのできるエッチング方法を提供することを目的とする。【０００７】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、処理室内でプラズマを発生させて、該処理室内に設置された基板電極上のシリコンからなる被処理体をエッチングする方法であって、前記処理室内にハロゲン化水素含有ガスを導入して前記被処理体をエッチングするハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程と、前記処理室内にフッ素含有ガスを導入して前記被処理体をエッチングするフッ素含有ガス使用エッチング工程と、前記被処理体に対向して設置された固体材料をスパッタして、前記被処理体の上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記基板電極に高周波バイアス電力を印加して、前記保護膜の一部を除去する保護膜除去工程とを有し、フッ素含有ガス使用エッチング工程、保護膜形成工程および保護膜除去工程をこの順に繰り返して行うことを特徴とする。
上記の繰り返し工程では、フッ素含有ガス使用エッチング工程、保護膜形成工程および保護膜除去工程がこの順に繰り返されていればよく、フッ素含有ガス使用エッチング工程と保護膜形成工程のいずれが最初であってもよい。【０００９】
本発明の第１の態様は、前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程を最初に行うことが好ましい。すなわち、被処理体の表面には所定形状のマスクが形成されており、このマスク直下のシリコンをハロゲン化水素含有ガスを用いてエッチングすることが好ましい。【００１０】
本発明の第１の態様は、前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程の後に、前記フッ素含有ガス使用エッチング工程、前記保護膜形成工程および前記保護膜除去工程をこの順に繰り返して行うことができる。【００１１】
また、本発明の第１の態様は、前記フッ素含有ガス使用エッチング工程、前記保護膜形成工程および前記保護膜除去工程をこの順に繰り返して行ってから、前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程を行うこともできる。【００１２】
さらに、本発明の第１の態様は、前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程と、前記フッ素含有ガス使用エッチング工程、前記保護膜形成工程および前記保護膜除去工程をこの順に繰り返して行う工程とを交互に行うこともできる。【００１３】
本発明の第２の態様は、処理室内でプラズマを発生させて、該処理室内に設置された基板電極上のシリコンからなる被処理体をエッチングする方法であって、前記処理室内にハロゲン化水素含有ガスを導入して前記被処理体をエッチングするハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程と、前記被処理体に対向して設置された固体材料をスパッタして、前記被処理体の上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記処理室内にフッ素含有ガスを導入するとともに前記基板電極に高周波バイアス電力を印加して、前記保護膜の一部を除去しつつ前記被処理体をエッチングするフッ素含有ガス使用エッチング工程とを有し、前記保護膜形成工程と前記フッ素含有ガス使用エッチング工程をこの順に繰り返して行うことを特徴とする。【００１４】
本発明の第２の態様は、前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程を最初に行うことが好ましい。すなわち、被処理体の表面には所定形状のマスクが形成されており、このマスク直下のシリコンをハロゲン化水素含有ガスを用いてエッチングすることが好ましい。【００１５】
本発明の第２の態様は、前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程の後に、前記保護膜形成工程と前記フッ素含有ガス使用エッチング工程をこの順に繰り返して行うことができる。【００１６】
また、本発明の第２の態様は、前記保護膜形成工程と前記フッ素含有ガス使用エッチング工程をこの順に繰り返して行ってから、前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程を行うこともできる。【００１７】
さらに、本発明の第２の態様は、前記ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程と、前記保護膜形成工程と前記フッ素含有ガス使用エッチング工程をこの順に繰り返して行う工程とを交互に行うこともできる。【００１８】
本発明の第１の態様および第２の態様において、前記ハロゲン化水素含有ガスはフッ素を含んでいることが好ましい。【００１９】
本発明の第１の態様および第２の態様において、前記ハロゲン化水素は、ヨウ化水素、塩化水素および臭化水素よりなる群から選ばれる少なくとも１種とすることができる。【００２０】
本発明の第１の態様および第２の態様において、前記フッ素含有ガスは、六フッ化硫黄ガス、三フッ化窒素ガス、フッ素ガス、四フッ化ケイ素ガス、二フッ化キセノンガス、フッ化ヨウ素ガスおよびヨウ化フロロカーボンガスよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含んでいるものとすることができる。【００２１】
本発明の第１の態様および第２の態様において、前記固体材料は、フッ素樹脂、ケイ素、炭素、炭化ケイ素、酸化ケイ素および窒化ケイ素よりなる群から選ばれる材料を用いて構成されることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１の態様によれば、ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程と、フッ素含有ガス使用エッチング工程と、保護膜形成工程と、保護膜除去工程とを有し、フッ素含有ガス使用エッチング工程、保護膜形成工程および保護膜除去工程をこの順に繰り返して行うので、シリコンからなる被処理体に対して、所望とするアスペクト比および形状のトレンチやビアホールを形成することが可能となる。【００２３】
本発明の第２の態様によれば、ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程と、保護膜形成工程と、フッ素含有ガス使用エッチング工程とを有し、保護膜形成工程とフッ素含有ガス使用エッチング工程をこの順に繰り返して行うので、シリコンからなる被処理体に対して、所望とするアスペクト比および形状のトレンチやビアホールを形成することが可能となる。また、フッ素含有ガス使用エッチング工程では、保護膜の一部を除去しつつ被処理体をエッチングするので、全体の工程数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施の形態で用いられるＮＬＤ方式のエッチング装置を示す図である。
【図２】本実施の形態におけるフッ素含有ガス使用エッチング工程、保護膜形成工程および保護膜除去工程のシーケンスである。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、シリコン基板の模式的な部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本実施の形態で用いられるＮＬＤ（Magnetic Neutral Loop Discharge；磁気中性線放電）方式のエッチング装置を示す。ＮＬＤ方式は、プラズマの径や大きさを制御できるため、通常の方式に比べて精度の高いエッチングやスパッタができるという利点があり、本発明において好ましく用いられる。但し、本発明は、ＮＬＤ方式に限られるものではなく、プラズマを発生できるものであれば、他の方式のエッチング装置であってもよい。
【００２６】
図１において、処理室としての真空チャンバ１は、上部のプラズマ発生部２と、下部の基板処理部３とを備えている。基板処理部３には、排気口４が設けられており、排気口４は、適当な排気系（図示せず）に接続される。また、プラズマ発生部２の外側には、３つの磁場コイル５、６、７が設けられている。これらの磁場コイルによって、真空チャンバ１の内部に磁気中性線が形成される。
【００２７】
基板処理部３には、基板電極８が設けられており、被処理体としてのシリコン基板９が基板電極８の上に載置される。また、基板電極８は、ブロッキングコンデンサ１０を介して、ＲＦバイアスを印加する高周波バイアス電源１１に接続している。
【００２８】
プラズマ発生部２と３つの磁場コイル５、６、７との間には、プラズマ発生用の３つの高周波アンテナコイル１２が配置されている。これらの高周波アンテナコイル１２は、高周波電源１３に接続されており、３つの磁場コイル５、６、７によってプラズマ発生部２に形成された磁気中性線に沿って交流電場を印加できるようになっている。これにより、磁気中性線に放電プラズマを発生させることができる。
【００２９】
プラズマ発生部２にある天板は、電位的に浮遊状態に維持されており、浮遊電極１４として作用する。浮遊電極１４には、固体材料１５が設置されている。固体材料１５は、例えば、フッ素樹脂、ケイ素、炭素、炭化ケイ素、酸化ケイ素または窒化ケイ素などを用いて構成される。
【００３０】
高周波電源１３から高周波アンテナコイル１２へ至る給電路は、途中で分岐していて、可変コンデンサ１６から浮遊電極１４へと向かっている。これにより、高周波電源１３から浮遊電極１４に高周波電力が間欠的に印加され、浮遊電極１４に自己バイアスが発生する。尚、可変コンデンサ１６に代えてスイッチを用いることもできる。また、浮遊電極１４用の高周波電源と、高周波アンテナコイル１２用の高周波電源とを個別に設けてもよい。
【００３１】
真空チャンバ１には、ハロゲン化水素含有ガスを供給する供給路１７と、フッ素含有ガスを供給する供給路１８とが接続している。供給路１７の途中には、制御装置１９が設けられており、ハロゲン化水素含有ガスの供給およびその停止と供給中の流量とが制御される。また、供給路１８の途中にも制御装置２０が設けられており、フッ素含有ガスの供給およびその停止と供給中の流量とが制御される。
【００３２】
供給路１８には、希ガスを供給する供給路２１が制御装置２０の下流に接続していて、ガス混合部２２において、フッ素含有ガスと希ガスが混じり合うようになっている。これにより、真空チャンバ１へは、これらの混合ガスを供給することができる。また、制御装置２０によってフッ素含有ガスの供給を停止すれば、希ガスのみを真空チャンバ１へ供給することもできる。尚、本実施の形態においては、フッ素含有ガスの供給路と希ガスの供給路とを個別に設けてもよい。
【００３３】
ハロゲン化水素としては、例えば、ヨウ化水素、塩化水素または臭化水素を用いることができる。ハロゲン化水素含有ガスは、ハロゲン化水素以外のガスを含むことができ、特にフッ素や酸素を含んでいることが好ましい。フッ素を含むことにより、エッチング速度が大きくなってスループットが向上する。また、酸素を含むことにより、ハロゲン化水素とシリコンの反応によって形成された生成物が分解して、エッチングがスムーズに進むようになる。
【００３４】
フッ素含有ガスは、六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス、フッ素（Ｆ２）ガス、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）ガス、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）ガス、フッ化ヨウ素（ＩＦ５またはＩＦ７）ガスまたはヨウ化フロロカーボンガスなどを用いることができるが、六フッ化硫黄が好ましく用いられる。また、希ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）または窒素（Ｎ２）などを用いることができる。
【００３５】
次に、図１のエッチング装置を用いてシリコン基板９をエッチングする方法について説明する。
【００３６】
まず、真空チャンバ１の内部にハロゲン化水素含有ガスを導入して、シリコン基板９をエッチングする。ここで、シリコン基板９の表面には、所定のパターンを有するマスク（図示せず）が設けられているものとする。マスクから露出しているシリコン基板９をエッチングすることによって、シリコン基板９の所望の箇所に所望の形状のトレンチやビアホールを形成することができる。尚、マスクは、ＳｉＯ２などの無機物であってもよいし、アクリル系樹脂またはシリコーン系樹脂などからなる感光性レジストや、エポキシ系樹脂などからなる熱硬化性レジストであってもよい。マスクは、トレンチやビアホールの形成を終えた後で、アッシングなどによって除去される。
【００３７】
具体的には、制御装置１９を作動させて、真空チャンバ１の内部にハロゲン化水素含有ガスを導入する。このとき、浮遊電極１４に高周波電力が供給されないように、可変コンデンサ１６はＯＦＦの状態とする。一方、基板電極８へは高周波電力が供給されるよう、高周波バイアス電源１１をＯＮの状態とする。また、高周波電源１３から高周波アンテナコイル１２にプラズマ発生用の電力を供給する。これにより、シリコン基板９のエッチングが行われる。
【００３８】
一例として、ハロゲン化水素含有ガスとしてＨＢｒとＳＦ６とＯ２の混合ガスを用い、希ガスとしてＨｅガスを用いて、真空チャンバ内の圧力を２Ｐａ、高周波電源の出力を２０００Ｗ、高周波バイアス電源の出力を１００Ｗ、高周波バイアス電源の周波数を１２．５６ＭＨｚとしてエッチングを行ったところ、エッチング速度は５．７５μm/分であった。尚、エッチングガスの各流量は、ＨＢｒガスで７５sccm、ＳＦ６ガスで５０sccm、Ｏ２ガスで１００sccmとした。また、Ｈｅガスの圧力を１３３０Ｐａ、温度を−２０℃とし、エッチング時間を１２０秒間とした。その結果、滑らかな側壁を有する開孔部が形成された。
【００３９】
ハロゲン化水素を用いたエッチングによれば、異方性形状を得ることができる。すなわち、トレンチやビアホールの内壁がボーイング形状となるのを抑制しつつ、エッチングを進めることができる。しかしながら、このエッチングではマスクとの選択比が大きくならないため、エッチングの進行とともにマスクが消失してしまうおそれがある。そこで、所定の深さまでエッチングをしたところで、エッチングガスをフッ素含有ガスに切り替える。
【００４０】
具体的には、制御装置１９によってハロゲン化水素含有ガスの供給を停止し、制御装置２０を作動させる。これにより、ガス混合部２２において、希ガスにハロゲン化水素含有ガスが混合し、真空チャンバ１の内部にこれらの混合ガスが導入される。このとき、浮遊電極１４と基板電極８に高周波電力が供給されないよう、可変コンデンサ１６と高周波バイアス電源１１をＯＦＦの状態にする。そして、高周波電源１３から高周波アンテナコイル１２にプラズマ発生用の電力を供給して、シリコン基板９のエッチングを行う。
【００４１】
フッ素含有ガスを用いた上記エッチングによれば、フッ素ラジカルとシリコンとの反応によってエッチングが進む。このエッチングはマスクとの選択比を大きくとれるが、等方性となるため、異方性形状が得られない。それ故、トレンチやビアホールの内壁が弓なりに広がったボーイング形状を生じさせる。これを防ぐため、側壁に保護膜を形成して、エッチングから側壁を保護するようにする。
【００４２】
具体的には、フッ素含有ガスを用いたエッチングを所定時間行ったところで、制御装置２０によりフッ素含有ガスの供給を停止し、希ガスのみが真空チャンバ１の内部に供給されるようにする。また、高周波バイアス電源１１をＯＦＦにした状態で、可変コンデンサ１６をＯＮにするとともに、高周波電源１３の出力を上げる。これにより、基板電極８へは高周波電力が供給されずに、浮遊電極１４に高周波電力が印加される。そして、浮遊電極１４に設置された固体材料１５がスパッタされて、シリコン基板９の上に保護膜（図示せず）が形成される。例えば、固体材料１５としてフッ素樹脂を用いた場合には、シリコン基板９の上にフッ素樹脂膜が形成される。
【００４３】
次に、可変コンデンサ１６をＯＦＦにして、浮遊電極１４への高周波電力の印加を停止する。そして、高周波バイアス電源１１をＯＮにして、基板電極８に高周波電力を印加する。これにより、トレンチまたはビアホールの側壁を残して、シリコン基板９の表面とこれに略平行な面に形成された保護膜が除去される。尚、この場合、制御装置２０を作動させて、フッ素含有ガスを導入してもよいが、フッ素含有ガスを導入せずに希ガスのみを導入するのでもよい。
【００４４】
図２は、フッ素含有ガス使用エッチング工程、保護膜形成工程および保護膜除去工程のシーケンスである。この例では、上述した各工程を１サイクルとして、３サイクルのタイミングを示している。尚、図２において、信号Ａはトリガー信号を、信号Ｂはフッ素含有ガスの制御装置２０の制御タイミングを示す信号を、信号Ｃは可変コンデンサ１６の制御タイミングを示す信号を、信号Ｄは高周波電源１３の制御タイミングを示す信号を、信号Ｅは高周波バイアス電源１１の制御タイミングを示す信号を、それぞれ示している。
【００４５】
図２では、１サイクル目を終えた後に、２サイクル目を行い、さらに３サイクル目を行う。すなわち、１サイクル目のエッチング→保護膜形成→保護膜除去を行った後、２サイクル目に入って、フッ素含有ガスを用いたエッチングを行う。これにより、側壁へのエッチングを保護膜によって防ぎながら、シリコン基板をその深さ方向にさらにエッチングすることができる。所定の深さまでエッチングしたところで、再び側壁に保護膜を形成する。その後、３サイクル目に入り、エッチング→保護膜形成→保護膜除去を同様に行う。３サイクル目を終えた後以降も上記工程を繰り返すことにより、側壁を保護しながら、シリコン基板の深さ方向へのエッチングを進めて行くことができる。尚、上記サイクルの繰り返しの回数は、所望とするトレンチやビアホールの形状によって適宜設定される。
【００４６】
図３（ａ）〜（ｅ）は、シリコン基板の模式的な部分断面図であり、本発明によるエッチング方法の各工程を示している。
【００４７】
まず、図３（ａ）に示すように、ハロゲン化水素を用いたエッチングによって、マスク１０１から露出しているシリコン基板１０２を所定の深さまでエッチングする。
【００４８】
次に、エッチングガスをフッ素含有ガスに代えて、さらにシリコン基板１０２をエッチングする。これにより、図３（ｂ）に示す形状が得られる。
【００４９】
続いて、フッ素含有ガスの供給を停止して、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１０２の上に保護膜１０３を形成する。保護膜１０３は、マスク１０１の上や開孔部１０４の内部を被覆するようにして形成される。
【００５０】
次に、開孔部１０４の側壁１０４ａを残して、シリコン基板１０２の表面とこれに略平行な面に形成された保護膜１０３を除去する。これにより、図３（ｄ）に示す構造が得られる。この後は、再びフッ素含有ガスを用いたエッチングを行い、さらに深くまでシリコン基板１０２をエッチングする（図３（ｅ））。
【００５１】
このように、本実施の形態によれば、ハロゲン化水素含有ガスを用いたエッチング工程を行った後に、フッ素含有ガスを用いたエッチング工程、保護膜形成工程および保護膜除去工程を繰り返して行う。これにより、トレンチやビアホールの側壁を滑らかにできるとともに、シリコン基板をその深さ方向にエッチングして行くことができる。これは、次の理由によると考えられる。
【００５２】
フッ素ラジカルによる等方性のエッチング工程と側壁への保護膜形成工程のみを繰り返して行いながら、トレンチやビアホールを形成して行く従来の方法では、凹凸のない滑らかな側壁を形成するのは困難である。しかし、本発明のように、ハロゲン化水素を用いた異方性のエッチングによれば、滑らかな側壁を形成することができる。また、マスク直下の部分は、フッ素ラジカルが回り込みやすく、保護膜がダメージを受けやすいが、ハロゲン化水素を用いたエッチングとすることによって、前記部分のフッ素ラジカルによるダメージを少なくすることもできる。そして、このエッチングの後に、フッ素含有ガスを用いたエッチングと側壁への保護膜形成とを繰り返して、深さ方向へのエッチングを進めれば、良好な形状を維持しつつ高アスペクト比のトレンチやビアホールを形成することができる。尚、深さ方向へのエッチングが進むにしたがい、マスク直下の部分へのフッ素ラジカルによるアタックは減少するので、滑らかな形状に形成された側壁がフッ素含有ガスを用いたエッチング工程で凹凸の生じた状態になるおそれは殆どない。
【００５３】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００５４】
例えば、上記実施の形態では、ハロゲン化水素含有ガスを用いたエッチングを行ってから、フッ素含有ガスを用いたエッチングと、保護膜の形成と、保護膜の除去とを繰り返して行った。しかし、本発明はこれに限られるものではない。
【００５５】
本発明では、フッ素含有ガスを用いたエッチングと、保護膜の形成と、保護膜の除去とを繰り返して行ってから、ハロゲン化水素含有ガスを用いたエッチングを行ってもよい。また、ハロゲン化水素含有ガスを用いたエッチングを行ってから、フッ素含有ガスを用いたエッチングと、保護膜の形成と、保護膜の除去とを繰り返して行い、再び、ハロゲン化水素含有ガスを用いたエッチングを行ってから、フッ素含有ガスを用いたエッチングと、保護膜の形成と、保護膜の除去とを繰り返して行うという工程を繰り返してもよい。さらに、フッ素含有ガスを用いたエッチングと、保護膜の形成と、保護膜の除去とを繰り返して行ってから、ハロゲン化水素含有ガスを用いたエッチングを行い、再び、フッ素含有ガスを用いたエッチングと、保護膜の形成と、保護膜の除去とを繰り返して行ってから、ハロゲン化水素含有ガスを用いたエッチングを行うという工程を繰り返してもよい。上記のいずれの場合によっても、本発明の効果が得られる。
【００５６】
また、上記実施の形態では、フッ素含有ガスを用いたエッチングの際に、図１の基板電極８に高周波電力が供給されないよう、高周波バイアス電源１１をＯＦＦの状態にしていた。しかしながら、本発明においては、高周波バイアス電力を印加しながらフッ素含有ガスを用いたエッチングを行ってもよい。この方法によれば、シリコン基板のエッチングと保護膜の除去とを同時に行うことができる。したがって、トレンチやビアホールの側壁を滑らかにしつつ、シリコン基板をその深さ方向にエッチングできるという効果に加えて、全体の工程数を少なくできるという効果も得られる。
【００５７】
上記方法では、真空チャンバ内にハロゲン化水素含有ガスを導入してシリコン基板をエッチングする工程と、シリコン基板に対向して設置された固体材料をスパッタして、シリコン基板の上に保護膜を形成した後、真空チャンバ内にフッ素含有ガスを導入するとともに基板電極に高周波バイアス電力を印加して、保護膜の一部を除去しつつシリコン基板をエッチングすることを繰り返す工程とがある。この場合、ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程の後に、保護膜形成工程とフッ素含有ガス使用エッチング工程をこの順に繰り返して行うことができる。また、保護膜形成工程とフッ素含有ガス使用エッチング工程をこの順に繰り返して行ってから、ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程を行うこともできる。さらに、ハロゲン化水素含有ガス使用エッチング工程と、保護膜形成工程とフッ素含有ガス使用エッチング工程をこの順に繰り返して行う工程とを交互に行うこともできる。
【符号の説明】
【００５８】
１  真空チャンバ
２  プラズマ発生部
３  基板処理部
４  排気口
５，６，７  磁場コイル
８  基板電極
９  シリコン基板
１０  ブロッキングコンデンサ
１１  高周波バイアス電源
１２  高周波アンテナコイル
１３  高周波電源
１４  浮遊電極
１５  固体材料
１６  可変コンデンサ
１７，１８，２１  供給路
１９，２０  制御装置
２２  ガス混合部
１０１  マスク
１０２  シリコン基板
１０３  保護膜
１０４  開孔部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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